Dicen que si no te gusta el clima de Arkansas, basta con esperar unos minutos y cambiará. Uno de los mayores desafíos para los agricultores en el entorno de “cuatro estaciones” de Arkansas es el desarrollo de variedades de cultivos que prosperen en condiciones demasiado secas y demasiado húmedas.
El desarrollo de variedades de soja tolerantes a la sequía aumentará la sostenibilidad y la rentabilidad de la producción, pero las investigaciones actuales indican que estas variedades pueden tener un rendimiento deficiente en ausencia de sequía. Larry Purcell tiene la mira puesta en lo que considera un genotipo ideal: variedades de soja que puedan crecer bien tanto en entornos secos como ricos en agua.
Purcell, profesor distinguido de fisiología de cultivos en la Estación Experimental Agrícola de Arkansas, el brazo de investigación de la División de Agricultura del Sistema Universitario de Arkansas, ha colaborado con científicos de plantas en Mississippi, Missouri y Arizona para utilizar un método innovador para encontrar genotipos de soja que puedan adaptarse tanto a ambientes secos como húmedos.
El enfoque de esta investigación se centra en la eficiencia del uso del agua, que es un rasgo clave a la hora de evaluar la tolerancia a la sequía, pero medirla en el campo es un desafío, dijo Purcell. La eficiencia del uso del agua es la relación entre la fotosíntesis y la transpiración, o la cantidad de materia seca producida dividida por la cantidad de agua utilizada en un período de tiempo determinado.
Para encontrar variedades de soja que puedan adaptarse a ambos entornos y tengan lo que los científicos llaman “plasticidad”, los investigadores midieron la proporción de dos isótopos de carbono (carbono 13 y carbono 12) en una gran cantidad de genotipos de soja. El carbono 13 es un isótopo ligeramente más pesado que el carbono 12, la forma más común de carbono.
“Intentar medir la eficiencia del uso del agua en el campo es increíblemente difícil”, dijo Purcell. “Se necesitaría algún tipo de mecanismo de pesaje en el suelo para observar la pérdida de agua y luego tomar muestras de las plantas, y eso es imposible de hacer a gran escala. La relación carbono-13 está estrechamente relacionada con la eficiencia del uso del agua y nos da una idea de cómo observar la eficiencia del uso del agua de manera indirecta”.
Si bien un genotipo que tiene una alta eficiencia en el uso del agua es excelente en un entorno con poca agua, su productividad generalmente disminuye en un entorno con mucha agua. Una soja que pueda adaptarse a diferentes entornos sería favorable en áreas que experimentan cambios drásticos en el clima provocados por el cambio climático, dijo Purcell. “Aquí es donde entra en juego la plasticidad. Nuestro objetivo es tener una variedad de soja que pueda cambiar su eficiencia en el uso del agua, dependiendo de la humedad del suelo”.
Disponibilidad. Ningún agricultor querrá cultivar una variedad de soja tolerante a la sequía si su rendimiento es bajo cuando llueve mucho”.
Con semillas de la colección de germoplasma de soja del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), Purcell y su equipo han cultivado alrededor de 200 genotipos de soja diferentes del Grupo de madurez 4 en 11 condiciones ambientales diferentes, que van desde muy secas a muy húmedas. Un conjunto diferente de 273
Los genotipos se cultivaron en cuatro entornos diferentes. La mayoría de las variedades de soja cultivadas en Arkansas pertenecen al grupo de madurez 4, dijo Purcell. Los genotipos de la colección del USDA provienen de diferentes partes del mundo y ofrecen la diversidad genética necesaria para que el programa genere una variedad de alto rendimiento con plasticidad, señaló Purcell.
“A partir de estos grandes experimentos de campo pudimos determinar qué genotipos siempre tienen una alta eficiencia en el uso del agua, independientemente de si se encuentran en un entorno de sequía o de abundante agua ”, dijo Purcell. “Y todo lo contrario. Podemos determinar qué genotipos cambian o son plásticos en respuesta a ese entorno”.
Purcell y sus colegas descubrieron que el genotipo más adaptativo era 55 por ciento más “plástico” que el genotipo promedio.
Después de cuatro años dedicados a determinar la plasticidad de la relación carbono-13 entre los 473 genotipos, Purcell dijo que el siguiente paso era buscar en la base de datos de marcadores moleculares del USDA para asociar la plasticidad con regiones específicas en los cromosomas, o ADN, de la soja.
Con la ayuda de los científicos del USDA en 2010, la United Soybean Board (USB) comenzó un proceso de mapeo del genoma de la soja, identificando 50.000 marcadores moleculares diferentes en su colección completa de aproximadamente 19.000 genotipos de soja.
“Este tipo de trabajo habría sido imposible hace 20 años porque no habríamos tenido las herramientas moleculares para hacerlo. Es la previsión de los líderes de la industria de control de la soja lo que realmente permitió que se llevara a cabo este tipo de investigación”, dijo. “El reconocimiento de la USB de que mejorar la tolerancia a la sequía era fundamental para la sostenibilidad, y su generosa financiación, han hecho posible esta investigación”.
“Conocer los marcadores moleculares asociados con la plasticidad de la relación carbono-13 permite encontrar un atajo para incorporar este rasgo en variedades de alto rendimiento”, dijo Purcell.
“No utilizamos nada transgénico”, dijo Purcell. “Todo se traslada de una variedad, de un genotipo a otro, mediante el cruzamiento tradicional. La parte molecular entra en juego en la forma en que podemos detectarlo ”.
“Esta investigación ha sido un proyecto colaborativo fantástico que ha reunido a un grupo de agrónomos, fisiólogos de cultivos, cultivadores de soja y genetistas moleculares”, afirmó Purcell.
